航天与军用领域系统仿真技术发展

进入21世纪, 我们面临着以信息技术革命为主的新的技术革命, 它将对系统仿真技术的发展带来重大的机遇和挑战 。 从一个方面说 , 科学技术的迅猛发展 , 将在各个领域从科学研究、研制生产、试验鉴定、使用训练等各个方面对系统仿真技术提出许多新的需求 ;从另一方面看 , 以信息为主的新的技术发展如集成电路 、计算机技术、网络、光纤通信 、图像生成和投影 、虚拟技术等将为仿真技术提供技术推动和新的手段,大大提高系统仿真的使用范围 、有效性 、逼真度和经济性 。

20 世纪末期的历史发展表明,冷战结束以后, 并不意味着一个“ 世界和平” 时期的到来, 而是局部战争不断 , 且呈日益扩大的趋势。 高新技术的迅猛发展首先在军事上得到应用 , 引起了军事技术领域中的革命性变革 , 预示着一场新的军事革命的到来。在新的军事革命中,系统仿真技术的军事应用在深度、广度以及集成化方面的发展是其突出标志。可以断言, 正如本世纪中期现代仿真技术的发展初期一样, 21世纪系统仿真技术的军事应用尤其是它在信息 、航天等领域的发展将带动整个仿真系统科学和相关技术的发展 , 从而进一步推广到各国民经济领域 , 促进民用仿真技术的广泛应用 。
信息化时代的到来 , 所引起的军事技术革命对未来军事行动的影响主要反映在以下四个方面 :

(1)信息战。 信息技术的发展使人们可以在远距离快速准确地收集、处理、存储、分发战场的各种信息, 进而决策采取相应的措施改变战场的 状况使其向有利于己方的方向发展。因此有效保护和利用自己的信息系统, 及时获取和应用多种战场有关信息 ;同时又利用对方的信息系统获取对己有用的信息或对它实施干扰 、破坏或欺骗 , 是未来信息化战争的焦点 。

(2)发展远程精确打击武器。无论进攻方或防御方都力求在远离敌方防御圈内先敌发射武器, 突破对方防御并在复杂背景中准确识别并命中摧毁目标 。当前重点发展的是通过空间进入的弹道式导弹,以及超低空潜入的各种飞航式导弹(巡航导弹、掠海反舰导弹以及在防区外发射的空地导弹)的攻防对抗技术 。

(3)充分利用空间手段(卫星 、飞船等空间飞行器),及时获取、传输和利用敌我双方的战场信息 , 其中最重要的是通信、导航定位、侦察监视等卫星系统 , 形成天地一体化的战场信息支援手段。进而还可能进一步打击空间目标和在空间部署和投放武器 , 将战场扩展到空间 。 为了及时获取所需的信息并具有高的时空分辨率 , 往往使用多颗卫星组成的星座代管单颗卫星执行任务 。

(4)众所周知 , 21 世纪的战争将是作战体系之间的对抗 ,它通过人参与决策的智能化战场管理/指挥控制通信计算机(BM/C4)系统将地海空天多种平台上的传感器及武器组成一体遂行作战任务。必须通过系统仿真对这样的复杂大系统的组成、部署、作战使用、以及人员训练进行研究和演练 。

以上四个方面都直接关系到21世纪军用航天技术的发展, 从而也为航天和军用系统仿真技术的发展指明了方向 。为此 , 我认为在21世纪前期将重点发展以下诸领域的仿真技术 。

(1)各类精确制导武器的系统仿真。21世纪导弹武器的精度将有量级上的提高达到米级甚至亚米级 , 要求能直接命中目标的要害部位 , 同时又要具有强的抗光电干扰的能力和在复杂背景下识别目标的能力。为此一些新型制导体制和引爆手段已经和必将进一步获得发展 。其中包括导航卫星制导、毫米波亚毫米波谱段的主被动寻的制导、毫米波、红外可见光紫外谱段的成像制导以及多个谱段的复合制导等 。

与此相结合, 还将采用先进的各谱段的引爆手段 。为提高导弹的快速机动能力和大气高层以外的作战能力 , 将更多采用推力矢量控制和直接力控制技术 。

因此 , 要重点研究解决上述新制导体制下的系统仿真问题 , 尤其是各个谱段毫米波和红外成像制导的半实物仿真。通过仿真研究在接近实 战的复杂和对抗环境下武器系统对小目标(导弹及弹头 、隐身飞机 、湮波在背景中的地海目标)、假目标 、机动目标的截获、识别 、跟踪、制导能力。实现上述仿真的主要支撑技术是定量确定目标及环境在所需谱段的辐射特性以及它在仿真系统中的动态复现。前者要通过理论计算、实际测量等工作反复验证和确认。后者则必须研制复杂的动态景像生成及投影系统,并细致准确的使用它。这些艰苦工作是不能用数学仿真替代和回避的。半实物仿真的另一个不可替代的作用是验证制导系统内计算机及武器系统嵌入式作战软件的运行情况 。

推力矢量控制和直接力控制的实物难以直接接入仿真系统 , 因此主要应通过大量地面试验准 确建立其在各种飞行状态下的高逼真度动力学数学模型 , 要充分考虑各控制发动机喷流之间的相互作用及其与大气层内飞行时气流的相互影响 , 把精确数学模型引入仿真系统 。随着武器系统的日益复杂化, 对使用维护操作人员提出了更高的要求。今后新的武器装备必须配备相适应的训练仿真器,训练操作人员在典型和复杂情况下的操作应变能力,和与其它武器装备协同作战的能力,提高其水平 。因此训练仿真器是仿真技术发展面向市场的一个重要方面 。

训练仿真器的进一步发展将是对飞行员、宇航员以及各种武器操作人员的任务预演系统。它可以在作战时根据战场实际情况生成执行某项任务时可能遇到的环境及 敌方的威协生成为操作人员感知的各种信号、图像,从而使操作人员经受一次逼真的作战预演 , 对其反应进行评价和修正 , 然后再执行作战任务。虚拟技术是实现前述仿真的关键因此, 21世纪的仿真工作必须打破部门单位之间的局限性 , 加强统一领导,对仿真中的一些重要环节, 诸如综合仿真环境模型、目标模型及数据库的建立、仿真模型的校核、验证和确认(VV&A)、建模联网中体系结构标准以及各种协议、标准和规范的制订都要在强有力的统一集中领导下分工协同去完成。逐步实现建模仿真工作的规范化和一体化, 才能收到事半功倍的效果。

#The End #

作者：陈怀瑾

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